Miniaturowe czarne dziury we wnętrzu Wielkiego Zderzacza Hadronów

Współczesna fizyka dopuszcza istnienie wszechświatów równoległych, chociaż ich detekcja do tej pory była niemożliwa. Być może uda się je odkryć dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów, który po ponad dwuletniej przerwie wraca do zbierania danych.

Według fizyków Faraga Ali, Mira Faizala i Mohammeda M. Khalila kluczem do odnalezienia wszechświatów równoległych mogą być miniaturowe czarne dziury, wykrywalne przy pewnych poziomach energii. Ich detekcja jest jednym z głównych celów Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), który zostanie ponownie uruchomiony jeszcze w tym miesiącu. Istnienie miniaturowych czarnych dziur byłoby potwierdzeniem słuszności teorii strun, która przewiduje istnienie dodatkowych wymiarów, także wszechświatów równoległych.

- Zwykle gdy ludzie myślą o wieloświecie, dotyczy to takiej interpretacji fizyki kwantowej, w której istnienie wielu wymiarów rozwiązuje wszelkie problemy. To bardziej filozofia niż nauka, bo nie da się tej koncepcji przetestować. My pod pojęciem wszechświatów równoległych rozumiemy coś innego. To prawdziwe wszechświaty ulokowane w dodatkowych wymiarach. Ponieważ grawitacja może przenikać z naszego wszechświata do tych dodatkowych, słuszność tego modelu można by przetestować wykrywając miniaturowe czarne dziury przy pomocy LHC. Obliczyliśmy energię, w której spodziewamy się zaobserwować miniaturowe czarne dziury w tęczy grawitacji (nowa teoria fizyczna - przyp. red.). Jeżeli faktycznie je tam znajdziemy, hipoteza o tęczy grawitacji i dodatkowych wymiarach będzie prawdziwa - powiedział Faizal.

Tęcza grawitacji

Reklama

Pod kilkoma względami, pomysł ten nie jest całkiem nowy. LHC próbował już wykryć miniaturowe czarne dziury, ale za każdym razem fizycy odchodzili z pustymi rękami. Jeżeli założymy, że nasz wszechświat składa się tylko z czterech wymiarów, energia niezbędna do uzyskania czarnej dziury (1019 GeV) byłaby znacznie większa od energii, która może być osiągnięta przez LHC (14 TeV).

Ale jeżeli założymy, że dodatkowe wymiary istnieją, to energia niezbędna do wytworzenia miniaturowej czarnej dziury jest znacznie mniejsza. Prawdopodobnie mieści się ona w zakresie funkcjonalności LHC. Dzieje się tak, gdyż grawitacja z naszego wszechświata może w jakiś sposób wpływać na dodatkowe wymiary. Ponieważ Wielki Zderzacz Hadronów do tej pory nie wykrył miniaturowych czarnych dziur, wielu fizyków skreśliło możliwość istnienia zewnętrznych wymiarów, przynajmniej w zakresie energetycznym, który był testowany.

W artykule opublikowanym w "Physics Letters B" Ali, Faizal i Khalil proponują inną interpretację przyczyn, z powodu których miniaturowe czarne dziury wciąż pozostają ukryte dla LHC. Fizycy sugerują, że obecny model grawitacji, którego użyto do przewidzenia wymaganego poziomu energii dla wytwarzania czarnych dziur nie jest całkowicie dokładny, gdyż nie uwzględnia efektów kwantowych. 

Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, grawitacja może być traktowana jako zakrzywienie czasu i przestrzeni. Ale geometria czasu i przestrzeni odpowiedzialna za grawitację zostaje zdeformowana w skali Plancka, dlatego też uczeni użyli nowej teorii o tęczy grawitacji. Operuje ona w skali, w której powinny występować miniaturowe czarne dziury.

Do tej pory LHC poszukiwał miniaturowych czarnych dziur na poziomie energii poniżej 5,3 TeV. Teoria tęczy grawitacji wskazuje, że jest to zbyt niska energia do rozpoczęcia poszukiwań. Czarne dziury mogą powstawać na poziomie energii co najmniej 9,5 TeV w sześciu wymiarach i 11,9 TeV w dziesięciu wymiarach. Wielki Zderzacz Hadronów może osiągnąć maksymalnie energię 14 TeV, dzięki czemu detekcja okien do wszechświatów równoległych powinna być możliwa.

Okno na inny wszechświat

Jeżeli LHC wykryłby miniaturowe czarne dziury, byłby to milowy krok współczesnej fizyki. Stanowiłoby to najprawdopodobniej potwierdzenie kilku problematycznych pomysłów: wszechświatów równoległych, dodatkowych wymiarów, teorii strun i tęczy grawitacji - przy czym dwa ostatnie miałyby konsekwencje dla kwantowej teorii grawitacji.

- Jeżeli miniaturowe czarne dziury zostaną wykryte w LHC w przewidywanych energiach, nie tylko udowodni to istnienie dodatkowych wymiarów i wszechświatów równoległych, ale również rozwiąże słynny paradoks informacyjny czarnych dziur. Jest to możliwe, gdyż w modelu tęczy grawitacji, miniaturowe czarne dziury mają minimalny promień, poniżej którego nie można już zejść - powiedział Ali.

Ale jeżeli czarne dziury nie zostaną wykryte, naukowcy będą musieli zmienić swój sposób myślenia.

- Jeżeli czarne dziury nie zostaną odkryte przy zakładanych przez nas poziomach energii, będzie to oznaczało jeden z trzech scenariuszy. Albo dodatkowe wymiary nie istnieją, albo istnieją w skali mniejszej niż sądziliśmy, albo trzeba zmienić parametry tęczy grawitacji - podsumował Khalil.

Inni fizycy chwalą pracę Aliego, Faizala i Khalila, ale zalecają ostrożność. "Wszystko zależy od doboru funkcji tej teorii", stwierdził prof. Joao Magueijo z Imperial College London. Na końcu tęczy grawitacji może znajdować się nie garnek wypełniony złotem, a odpowiedziami na największe zagadki współczesnej fizyki.